4.ÜNİTE YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK

... konulu sunumlar: "4.ÜNİTE YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK"— Sunum transkripti:

1 4.ÜNİTE YAŞAMIMIZDAKİ ELEKTRİK
Mert yaz tatilinde ailesiyle büyükanne ve büyükbabasının köyüne gitmişti. Büyükbabası yeni yaptırdığı evin duvarlarını ördürmüştü, sıra elektrik tesisatının döşenmesine gelmişti. Mert elektrikçinin çalışmasını dikkatle gözlemlerken kullanılan kabloların değişik renklerde olduğunu ancak hepsinin içinde bakır tel bulunduğunu fark etmişti. Şehre elektrik taşıyan tellerin alüminyumdan yapıldığını biliyordu. Acaba elektrik enerjisi iletiminde neden alüminyum ve bakır teller tercih ediliyordu? Mert bunları düşünürken fen ve teknoloji dersine öğrendikleri aklına geldi. Öğrendiklerine göre bir devredeki ampulün parlaklığı kullanılan pil ve ampul sayısına göre değişiyordu. Acaba ampul parlaklığını değiştiren başka farklı faktörlerde var mıydı?

2 DİRENÇ NEDİR? Yaptığımız etkinliklerde de görüldüğü gibi, elektrik devrelerinde bağlantı kablosu olarak farklı metaller kullanılabilir. Ancak, kullanılan metal tellerin iletkenlik özelliği birbirinden farklıdır. Devrelerde bağlantı kablosu olarak kullanılan telin cinsinin yanında uzunluğunun ve dik kesit alanının da ampulün parlaklığını etkileye bir faktör olduğunu gördük. Günlük hayatta televizyon arkasında yada radyoda yükselen incecik bir duman hemen herkesi telaşa düşürür. Bir de ortalıkta rahtsız edici bir yanık kokusu varsa panik daha da büyür. Hemen anahtarla açılır, başlar kötü kötü düşünceler. Yükselen duman, üzerinden geçen elektrik enerjisine direnç göstermeyen bir devre elemanının yanmasından başka bir şey değildir. Tüm devre elemanları elektrik enerjisinin iletimine karşı direnç gösterir. Bu yüzden bir elektrikli cihazda kullanılacak her devre elemanının uygun dirence sahip olması önelidir.

3 Elektrik enerjisini, bazı iletkenler kolay iletirken, bazıları da zor iletir. Aşağıdaki devrelerde kullanılan nikel-krom bağlantı telinin, elektrik enerjisi iletimine karşı gösterdiği, bakır telin elektrik enerjisi iletimine karşı gösterdiği zorluk, bakır telin elektrik enerjisi iletimine karşı gösterdiği zorluktan daha büyüktür. Bu sebeple nikel-krom bağlantı telinin kullanıldığı devrelerdeki ampulün parlaklığı daha azdır. Maddelerin elektrik enerjisinin iletimine karşı gösterdikleri bu zorluk direnç olarak adlandırılır. Direncin birimi OHM’ dur (om)ve (Ω) ile gösterilir. Bütün elektrikli aletler belirli bir dirence sahiptir, ancak bağlantı kablosu olarak kullanılan tellerin direnci çok azdır. NİKEL-KROM TEL BAKIR TEL

4 Bir iletkenin direnci sadece yapıldığı maddenin cinsine değil aynı zamanda yapısına da bağlıdır. Direnç, iletkenin boyu ile doğru, dik kesit alanı ile ters orantılıdır. Bir elektrikli cihaz yapılırken cihazın kullanım amacına ve özelliğine göre uygun teller seçilir. Evlerimize elektrik enerjisi taşıyan tellerin küçük dirençli olması gerekir. Bunun için kalın teller tercih edilir. Ütü, saç kurutma makinesi ve su ısıtıcı gibi cihazlarda kullanılan direnç tellerinin büyük dirençli olması gerekir. Bunun için uzun ve ince teller gerekir.

5 Kullandığımız bilgisayar, televizyon, radyo gibi elektronik aletlerde de çok farklı devre elemanları vardır. Bu devre elemanları, iletken ve yalıtkan özellik gösteren maddelerden yapıldığından, her birinin direnci farklıdır. Birer devre elemanı olan pil, ampul, anahtar, ya da iletken teli incelediğimizde her birinin iki ucu olduğunu gözlemleriz. Bu devre elemanları da birbirinden farklı direnç değerlerine sahiptir. Bir devre elemanının direncini ölçmek için evlerimizde tükettiğimiz elektrik enerjisini ölçen sayaçlar gibi aletler yapılmıştır aşağıda bu amaçla üretilmiş iki farklı tipte direnç ölçer (ohmmetre) görülmektedir. Bir devre elemanının direncini ölçmek için uçlarını direnç ölçerin iki ucuna dokundurmak yeterlidir.

6 GEORGE SİMON OHM KİMDİR?

7 George Simon OHM 1789 yılında Almanya’ da bir çilingirin oğlu olarak dünyaya gelmiştir. Ohm’ un çocukluğunun büyük bir bölümü erkek kardeşiyle babalarının çilingir atölyesinde geçmiştir. Böylece Ohmlar küçük yaştan itibaren tahta, metal ve diğer atölye malzemelerini tanıma fırsatını bulmuşlardır. Maddi durumları iyi olmamasına rağmen babaları bilimsel kitaplar almaktan hiç vazgeçmemiştir. Ohm’ un matematik ve fene olan ilgisini fark eden babası, onun ilk matematik öğretmeni olmuştur. Lise döneminden sonra matematik ve fizik eğitimi almaya başlamıştır. Fakat maddi imkansızlıklar sebebi ile eğitimine ara vererek özel öğretmen olarak İsviçre’ de görev yapmıştır. 5 yıl sonra geri dönen Ohm, eğitimini tamamlamış, daha sonra 1817 yılında KÖLN LİSESİ’nde öğretmenliğe başlamıştır.Bu görev sırasında okulun o zamana göre iyi donanımlı laboratuvar imkanlarını, araştırmaları için kullanmış ve fizik alanındaki buluşlarına burada başlamıştır. Bugün “ OHM KANUNU” olarak bilinen çalışmasını 1827 yılında çıkardığı kitabında yayınlamıştır. Bu kitap, bir çok elektrik olayını açıklamak için matematiksel bağıntılar içeriyordu. O zamanlar matematik, fen bilimlerini açıklamada pek kullanılmıyordu. Bu yüzden, Ohm’un kendi zamanına göre araştırma yapma ve araştırmalarının sonuçlarını açıklamada çok başarılı olduğunu söyleyebiliriz. Ohm’un adı, kendisini onurlandırmak için, ölümünden yaklaşık 30 yıl sonra direnç birimi olarak kullanılmaya başlanmıştır.

8 Bir ampulü yakından incelediniz mi
Bir ampulü yakından incelediniz mi? Eğer incelediyseniz bazı ampullerin içerisindeki sarmal teli fark etmişinizdir. Ampulde ışık oluşturmak için kullanılan bu tellere FİLAMAN denir. Filaman çoğunlukla tungsten metalinden yapılır.Bakır kadar iyi iletken olmayan tungsten metali yüksek dirence sahiptir. Bu yüksek direnci daha da artırmak için filamanın uzun ve ince yapıda olduğu dikkatinizi çekti mi? Evlerde kullandığımız ampuller farklı dirençlere sahiptir. Büyük bir odayı aydınlatmak için çok ışık veren ampuller kullanırken, küçük odayı aydınlatmak için daha az ışık veren ampuller tercih edilir. Ampul ne kadar fazla ışık yayarsa o kadar fazla elektrik enerjisi harcar. Dolayısıyla elektrik kurumuna ödeyeceğimiz fatura da o kadar fazla oranda artar. Büyüklerimizden yardım alarak evimizdeki farklı ampullerin filamanlarını inceyelim. Çok ışık veren bir ampulün filamanı ile az ışık veren bir ampulün filamanını karşılaştıralım. Her maddenin bir direnci olduğunu ve bu dirençlerin elektrik enerjisinin iletimine karşı zorluk gösterdiklerini öğrendik. Elektrik devrelerinde, devre üzerinden geçen elektrik enerjisini ayarlamak için özel olarak üretilmiş DİRENÇ adı verilen devre elemanları da vardır. Mühendisler bir elektrik devresini tasarlarken devre üzerinden iletilmesi gereken elektrik enerjisini hesaplar ve gerekli yerlere bu sabit değerli dirençleri monte ederler. Bazen bu sabit dirençlerin de kullanılması gerekebilir.

9 Radyonun sesini, hoparlöre iletilen elektrik enerjisini azaltarak kısarız. Bubun hoparlöre bağlı bir direncin değerini arttırarak gerçekleştiririz. Radyonun sesini ayarlamak istediğimizde ayarlanabilen dirençten yararlarınız. Benzer şekilde, salon lambalarının verdiği ışığı ayarlamak için değişken dirençli anahtarlar kullanırız. Bu anahtarlar hareket ettirilerek direnç değiştirilir. Direncin anahtar aracılığıyla artırılması durumunda devreden iletilen elektrik enerjisi azalır ve lamba daha az ışık verir.

10 SONUCA VARALIM

11 Bağlantı kablosunun nikel-krom tel üzerinde hareket ettirilmesiyle ampulün parlaklığının değişmesini nasıl açıklarız?

12 Bu durumu şöyle açıklayabiliriz; Telin uzunluğuna göre direnç artar ve kablo telin kısa yerinden bağlanırsa o kadar az direnç olur ve ampul parlak yanar. Kablo ne kadar telin uzun yerinden bağlanırsa da bu durumun tersi olur.

13 Etkinliğimizde, iletkenin direncini iletken uzunluğu ile doğru orantılı olmasından yararlandık. Nikel-Krom telin uzunluğu artırıldıkça direncide artar.Bu yüzden devrede daha az elektrik enerjisi iletilir ve ampul daha az ışık verir. Elektrik devrelerinde kullanılan direnç ve değişken direncin (Reosta) sembolleri aşağıdaki gibidir.

14 Yalıtkanla çevriliyim.Taşıdığım enerji ile işinizde görevliyim.
Ben bir yalıtkanım.İletkeni sarmalarım.Eğer beni kırmazsanız olur size yararım. Ben bir iletkenim. Yalıtkanla çevriliyim.Taşıdığım enerji ile işinizde görevliyim.

15 KENDİMİZİ DEĞERLENDİRELİM

16 1. Bir iletkenin direnci hangi faktörlere bağlıdır?

17 Bir iletkenin direnci yapıldığı maddenin cinsine ve yapısına,iletkenin uzunluğuna ve kalınlığına bağlıdır.

18 2. Ampullerin içindeki ince teller (fileman) neden kıvrımlıdır?

19 Filamanın kıvrımlı olmasının sebebi kıvrılarak daha az yerde daha çok telin bir arada bulunmasının sağlanmasıdır.

20 3. (Resim kitapta mevcut.) Resimdeki otoyolun bir bölümü onarım çalışması yapıldığından çakıllıdır.Bu çakıllı bölge ile aynı uzunlukta bir asfalt bölgeyi düşünerek bir benzetme yapalım.Yolun asfalt ve çakıllı bölgeleri,farklı cins iletkenleri; yoldaki asfalt ve çakıllar direnci; ok yönündeki trafik akışı ise aynı yöndeki elektrik enerjisi iletimini temsil etsin.Buna göre;

21 a. Trafik akışı hangi bölgede daha kolay sağlanır
a.Trafik akışı hangi bölgede daha kolay sağlanır. Bu durumu direnç kavramını kullanarak nasıl açıklarız?

22 Trafik akışı asfalt yolda daha kolay sağlanır
Trafik akışı asfalt yolda daha kolay sağlanır.Bunu direnç kavramını kullanarak yüksek dirençli bir telden elektriğin geçmesinin zor olduğunu, az dirençli bir telden ise elektrik enerjisinin daha kolay bir şekilde geçeceğini düşünerek açıklayabiliriz.

23 b. Bizden uzunluğuyla dik kesit alanı aynı olan bakır ve nikel-krom tellerle bu yolun asfalt ve çakıllı bölgelerini eşleştirmemiz istense nasıl bir eşleştirme yaparız?Neden?

24 Eğer böyle bir eşleştirme yapmamız istenseydi çakıllı yol nikel-krom teli, asfalt yol ise bakır teli temsil ederdi.Çünkü çakıllı yoldan trafik akışının geçmesi zor olur ve bu da daha çok dirençli olduğunu gösterir öyleyse çakıllı yol nikel-krom teli temsil eder. Asfalt yolda ise trafik akışının sağlanması daha kolaydır.Bu da daha az bir direnç gösterdiğini ispat eder.Öyleyse asfalt yolda bakır teli temsil eder.

25 c. Bu benzetmeye göre bir iletkenin cinsi değiştiğinde o iletkenin direnci de değişir mi?Neden?

26 Evet.Bu benzetmeye göre bir iletkenin cinsi değişirse gösterdiği dirençte de bir değişiklik gözlemlenir.Çünkü farklı maddeler farklı direnç gösterirler.

27 Hayatımızın Neresinde. Nereden Nereye
Hayatımızın Neresinde? Nereden Nereye? Elektrik enerjisi; ısı,ışık,ses ve hareket enerjisi olarak hayatımızı kolaylaştırırken aynı zamanda bilginin taşınmasında da kullanılır.Bu enerji sayesinde rakamlar,kelimeler,sesler ve resimler elektronik aletler yardımıyla anlamlı hale gelir. Son yılda elektronik teknolojisinde yapılan önemli atılımlarla hesap makineleri,cep telefonları,bilgisayarlar ve İnternet hayatımızın vazgeçilmez unsurları haline gelmiştir.

28 Geçen yüzyılın belki de en önemli buluşu olan bilgisayarların ilk örneklerinden birini yukarıdaki resimde görüyorsunuz.Bilgisayarın büyüklüğü kullanılan kabloların kalınlığı ve karışıklığı dikkatinizi çekti mi?Günümüzde aynı boyutlardaki bilgisayarların kullanılıyor olduğunu varsayarsak heralde çalışma odalarımızın adım atacak yeri olmazdı. Kocaman bilgisayarlar 1970’li yıllarda geliştirilen mikroelektronik ve mikroçip sayesinde yerini,giderek küçülen bilgisayarlara bırakmıştır.Bu küçülme özellikle 1980’li yılların ortalarından beri daha da hızlanmış,milyonlarca devreden oluşan mikroçiplerin kullanılmasıyla da avuç içine sığacak kadar küçük boyutlara ulaşmıştır.

29 Bugün benzer çalışmaların makinelerinde küçültülmesine dönük yapılması sonucunda,kısaca MEMS (Mikro Elektro Mekanik Sistem) denilen teknoloji ortaya çıkmıştır.MEMS teknolojisi sayesinde mikroçipler üzerinde sadece çok küçük devreler oluşturulmakla kalınmamış,aynı zamanda da çok küçük makineler yapılabilmiştir.

30 Bugün MEMS teknolojisinden otomotiv sanayinin yanında tıptan gıda teknolojisine,ziraatten kimya ve endüstriyel ürünlere kadar birçok alanda yararlanılmaktadır. Ülkemizde MEMS teknolojisi üzerinde yürütülen bazı çalışmalar vardır:Bu çalışmalardan biri de Orta Doğu Teknik Üniversitesinden bir ekip tarafından yürütülmektedir.Ekibin yaptığı çalışmalar birçok uluslar arası yarışmada ödül kazanmıştır.Son derece gelişmiş araştırma tesislerinde yürütülen çalışmalarla,ülkemiz gelecekte bu teknolojide söz sahibi olmaya adaydır.

31 Eleştiriyel Düşünme Bundan yıl önce kullanılan radyolar günümüzde kullanılanlardan çok daha büyüktü.Acaba bugün ilk icat edildiği zamanki boyutlarından daha küçük olan başka hangi elektrikli aletler vardır?

32 Bilgisayar,telefon,televizyon vb.

33 Bu makinelerin küçük olmasının avantajları neler olabilir?

34 Bu makinelerin ilk icat edildiği zamandan bu yana küçülmüş olmasının avantajları daha rahat taşınabilme gibi faktörlerdir.

35 5.GRUP Ahmet Emin Kızılkaya Tevfik Emre Çalışkan Cengiz Elen Muhammed Enes Şen